La sole plantaire, véritable interface entre le corps et le sol, joue un rôle primordial dans le contrôle de la posture bipédique. Diverses pathologies peuvent affecter le capteur podal. Elles se situent le plus souvent au niveau de la face plantaire, et sont généralement accompagnées de phénomènes algiques voir hyperalgiques. Un quart de la population présente ou présentera une pathologie au niveau des pieds. Les douleurs associées à ces pathologies podales sont souvent décrites comme invalidantes, par les patients, réduisant le périmètre de marche et associées à une cohorte de gênes fonctionnelles (démarche antalgique, douleurs sus-jacentes, anxiété, état dépressif…). La prise en charge de podologie raisonnée de ces podalgies, notamment chez la personne âgée, représente aujourd'hui un enjeu de santé publique majeur. Pour y répondre, il est tout d’abord nécessaire de mener une recherche fondamentale sur les mécanismes mis en jeu dans le contrôle de la posture bipédique, afin de proposer une prise en charge adaptée et raisonnée (« evidence based practice ») des troubles de la posture chez des personnes souffrant de douleurs plantaires.Ce préalable important et nécessaire constitue le cœur et la justification de ce travail doctoral. L’objectif était d’évaluer les effets d’une douleur plantaire induite mécaniquement sur le contrôle de la posture bipédique.Pour répondre à cet objectif général, trois études complémentaires ont été successivement conduites. La première étude visait, dans un premier temps, à évaluer les effets d’une stimulation douloureuse des soles plantaires sur le contrôle de la posture bipédique. Les deuxième et troisième études visaient à évaluer, si et dans quelle mesure, ces effets étaient modifiés en fonction des informations visuelles et sensorielles issues du segment tête-cou pour l’étude 2 et des informations sensorielles issues du segment pied-cheville pour l’étude 3.Dans leur ensemble, les conclusions de ce travail doctoral mettent en évidence l’importance des afférences nociceptives plantaires dans le contrôle de la posture bipédique. En effet, une stimulation douloureuse mécanique des soles plantaires dégrade les capacités de contrôle de la posture bipédique. Une stimulation douloureuse mécanique des soles plantaires induit également une modification de la contribution des différentes informations sensorielles (informations visuelles, informations sensorielles issues du segment tête-cou et du segment pied-cheville) mise en jeu pour contrôler la posture bipédique, soulignant ainsi les mécanismes de repondération sensorielle.Les travaux de cette thèse de doctorat constituent un préambule fondamental indispensable à l’optimisation de la prise en charge par le podologue des douleurs plantaires, et, plus largement, à l’amélioration de l’autonomie et de la qualité de vie des personnes souffrant de douleurs plantaires. Dans ce sens, diverses études cliniques visant à évaluer les effets des orthèses plantaires, sur la prise en charge des douleurs plantaires et par voie de conséquence l’amélioration et/ou le recouvrement des capacités de contrôle de la posture bipédique, sont en cours. / The plantar sole, first point of contact between the body and the ground, plays a real key role in bipedal postural control. A lot of painful pathologies can affect the feet, particularly on the plantar face. Approximately one quarter of the population suffers or will suffer from foot injuries. The pain associated with these pathologies podal are often described as disabling for patients, reducing the walking distance and associated with a cohort of functional perturbations (limp, lowback pain, anxiety, depression ...). Care of foot pain, notably in elderly people, is a very important issue in public health. In order to achieve such care, it is necessary to conduct some fundamental research about the mechanisms that are in action concerning bipedal postural control, to propose some adapted treatments (evidence based practice) to improve the posture of the patients who have foot pain.This important and necessary prerequisite is the heart and justification of this doctoral work. The aim was to evaluate the effects of experimentally induced plantar pain on the bipedal postural control.Three experiments were successively conducted. The aim of the first experiment was to evaluate the effects of experimentally induced plantar pain on the bipedal postural control. The second and third experiments were aimed to assess if these effects were modified in function of the somatosensory information from the vision, the vestibular system and the neck (Study 2) and the somatosensory information from the ankle (Study 3).The results show that an experimentally induced plantar pain degrades the capacity to maintain postural control, and modifies the contributions of the other senses (visual, vestibular, neck and ankle muscle proprioception), showing the mechanisms of somatosensory reweighting in postural control when a pain was applied.This research constitutes a fundamental and indispensable starting point to optimize the care of foot injuries by podiatrists and, more broadly, to improve the autonomy and quality of life of persons suffering from foot pain.Clinical experiments aim to address these issues.

Conception et évaluation d’un modèle biomécanique, éléments finis, patient-spécifique, du pied humainApplications en podologie, orthopédie et diabétologieLe pied est une des structures les plus complexes du corps humain. Avec 28 os, 33 articulations et une centaine de structures ligamentaires, cette entité poly articulée est le résultat d’une hyperspécialisation ayant contribué à faire de l’homme l’unique primate totalement bipède. Quelque soit le relief, quelque soit le mouvement en cours, le pied transmet au tibia le bon vecteur force afin de finaliser le geste de la manière la plus précise et économe en énergie possible dans l’objectif de préparer l’action des segments sus jacents. Ainsi, en cas de lésion d’une des structures, l’ensemble du complexe pied doit pouvoir s’adapter, si ce n’est pas le cas, les tissus mous, les articulations ou les os seront fragilisés et verront leur fonction propre au sein de ce complexe altérée.Prédire l’adaptation du pied à une modification structurelle, tissulaire, neurologique ou fonctionnelle est un enjeu important dans l’estimation du risque lésionnel.Afin d’initier une réponse à ces problématiques, nous avons décidé au cours de cette thèse de modéliser le pied humain avec des outils mathématiques de simulation biomécanique. Dans un premier temps, un modèle tridimensionnel musculo-squelettique du pied a été reconstruit à partir d’imagerie scanner. Le pied polyarticulé en multicorps rigides obtenu possède des articulations uniquement contraintes par les ligaments et contacts osseux. Les muscles ont été implémentés afin de piloter le modèle en dynamique directe. Enfin, les tissus mous comme les volumes musculaires, le gras et la peau ont été maillés en éléments finis. L’utilisation d’un environnement de programmation multi-physique open source (Artisynth) a permis de coupler la modélisation musculo-squelettique et éléments finis.• L’adaptation du pied au sol en orthostatisme a été évaluée par comparaison des cartographies de pression d’une mise en charge simulée avec la mise en charge réelle du sujet.• Le contrôle moteur du pied en chaine ouverte par l’activation des muscles extrinsèques a été évalué en comparant la cinématique du modèle biomécanique pilotée par électromyographie avec la cinématique capturée en laboratoire sur un mouvement d’abduction – adduction.• Nous avons ensuite cherché à comprendre comment une arthrodèse de cheville modifie la cinématique du pied à la contraction musculaire, l’objectif étant d’aider au réglage chirurgical du geste.• Enfin nous avons utilisé les dernières avancées sur la physiologie de la plaie de pression afin de prédire le risque d’ulcération sur un pied neuroarthropatique diabétique par simulation numérique.Le modèle ainsi que les routines de simulations mis en place nous permettent d’avoir un des modèles les plus aboutis du pied humain utilisant aussi bien des données physiques externes comme les données baropodométriques, les données d’analyse quantifiée du mouvement ou encore les données électromyographiques. Ce modèle permettra par l’intermédiaire d’outils de mesh-matching d’obtenir des modèles patients spécifiques. Les domaines d’applications porteront sur l’aide au geste chirurgical, la prévention des risques d’ulcération, l’analyse avancée des relations entre le pied et le membre inférieur, mais aussi l’aide à la conception de prothèse en orthopédie classique et en mécatronique. / Biomechanical modeling of the human foot. Application to the healthy and pathological subject.The foot is one of the more complex structures of the human body. With 28 bones, 33 joints and a hundred ligamentous structures, this articulated entity is the result of a hyper specialization that makes humans the only obligate bipedal primates. Whatever the terrain, whatever the current movement, the foot transmits to the tibia the right force vector to finalize the gesture in the most precise and efficient manner and prepares the action of the lower limb. Thus, in case of injury to one of the structures, the whole foot complex must adapt if it is not the case, soft tissues, joints or bones are fragile and will have their own function within this complex altered .Predicting the foot’s adaptation of a structural, tissue, neurological or functional modification is an important issue in estimating the risk lesion on locomotion, in the design of therapeutic footwear and orthotics of the degenerative foot, but also in the future of this complex in situations where the boundary conditions change like working in microgravity or foot exoskeleton coupling.To initiate a response to these problems, we decided during this thesis to model the human foot with mathematical tools for biomechanical simulation. Initially, a musculoskeletal three-dimensional model of the foot was reconstructed from computed tomography. The multi-articulated foot joints constraints obtained by ligaments and bone contact. The muscles have been implemented to control the model in direct dynamic. Finally, the soft tissues such as muscle volume, fat and skin were meshed into finite elements. Using a multi-physics open source programming environment (Artisynth) allowed to couple musculoskeletal modeling and finite elements.• Adapting the foot on the ground in upright posture was evaluated by comparing the pressure maps at a simulated load setting with the actual loading pressure map of the subject.• The motor control of foot in opened chain by activation of the extrinsic muscles was assessed by comparing the kinematics of the biomechanical model piloted by electromyography with kinematics captured in the laboratory on a movement of abduction - adduction.• We then sought to understand how an ankle arthrodesis alter the kinematics of the foot muscle contraction, with the aim of helping the surgical setting gesture.• Finally, we used the latest advances in the physiology of a pressure ulcer to predict the risk of ulceration on diabetic foot with Charcot neuro arthropathy by numerical simulation.The model and simulation routines in place allow us to have one of the most successful models of the human foot using both external physical data like pedobarographic data, motion analysis data or electromyography data. This model will allow through mesh-matching tool to obtain specific patient models. The fields of applications will focus on assisted surgery, prevention of ulceration, advanced analysis of relations between the foot and the leg, but also will help the prosthesis design in orthopedic and mechatronics.